蒸壓釜釜底的失效分析及防腐蝕新工藝研究

賈丙麗 汪 青 劉劍鋒 陳增江 夏 妍

（山東省特種設(shè)備檢驗研究院泰安分院）

蒸壓釜釜底的失效分析及防腐蝕新工藝研究

賈丙麗*汪 青 劉劍鋒 陳增江 夏 妍

（山東省特種設(shè)備檢驗研究院泰安分院）

分析了蒸壓釜釜底的腐蝕機理，提出了一種涂覆在蒸壓釜內(nèi)壁上的NiTi合金復(fù)合涂層及其施工方法。該工藝操作方便，無污染，并大大提高了蒸壓釜的使用壽命。

蒸壓釜 NiTi合金 復(fù)合涂層 鋁合金 防腐蝕 噴涂

0 背景

蒸壓釜釜底腐蝕是導(dǎo)致其發(fā)生爆炸事故的主要原因之一。近年來，國內(nèi)對蒸壓釜腐蝕的研究主要集中在缺陷修復(fù)及腐蝕預(yù)防方面。甘肅省鍋爐壓力容器檢驗研究中心的李秦[1]、江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院徐州分院的秦屹[2]及河北省邯鄲市鍋爐壓力容器檢驗所的史繼英等[3]對蒸壓釜腐蝕產(chǎn)生的原因進行了全面分析：（1）在工藝操作時，蒸壓釜釜內(nèi)積存的冷凝水中溶解氧呈飽和狀態(tài)，進而會產(chǎn)生氧腐蝕；（2）蒸汽中攜帶的二氧化碳（CO2）溶解在凝結(jié)水中，在有溶解氧存在的情況下，CO2的溶解對氧腐蝕有一定的催化作用；（3）腐蝕產(chǎn)物氫氧化鐵 [Fe（OH）3]堆積于蝕坑后，坑內(nèi)反應(yīng)生成的亞鐵離子（Fe2+）不易向外擴散，使坑內(nèi)形成濃縮的氯化亞鐵（FeCl2）溶液，其作為一種強酸弱堿鹽易水解呈酸性，從而產(chǎn)生坑內(nèi)局部酸性腐蝕，使腐蝕速度加快。同時提出了腐蝕的預(yù)防措施：（1）蒸壓釜內(nèi)壁涂刷環(huán)氧富鋅涂層，采用電弧噴涂技術(shù)，再涂覆封閉劑形成復(fù)合涂層；（2）及時排放冷凝水，保證阻汽排水裝置靈敏可靠，并經(jīng)常檢查清理，防止其堵塞；（3）制訂嚴(yán)格完善的運行中冷凝水排放和停釜時對釜內(nèi)料渣清理的規(guī)定，確保工藝料渣及釜內(nèi)未排盡冷凝水及時得到徹底清理。徐州工程學(xué)院的張志軍等通過對比試驗研究了各種防腐蝕方法及其效果，最終確定電弧噴涂鋁復(fù)合涂層對蒸壓釜的防護效果最好。

本文通過分析蒸壓釜釜底腐蝕的原因，專門就蒸壓釜的軌道間表面應(yīng)力裂紋腐蝕和軌道支座焊接點周圍的腐蝕（這種腐蝕是由釜底內(nèi)表面上焊縫的拉力和內(nèi)應(yīng)力與冷凝水中的金屬氫氧化物共同作用而形成的）問題，提出了一種防護效果更好的涂層——NiTi合金復(fù)合涂層，并介紹了其施工方法。該涂層工藝操作方便，無污染，可大大提高蒸壓釜的使用壽命。目前，該項技術(shù)已經(jīng)由本課題組申報專利[4-5]。

1 蒸壓釜釜低腐蝕和涂層防腐

1.1 腐蝕機理

腐蝕坑是蒸壓釜常見的局部腐蝕形式之一[6]，其性質(zhì)為氧腐蝕。氧腐蝕主要是由于蒸壓釜在通蒸汽前未抽真空和蒸養(yǎng)過程中冷凝水未排除或排除不凈，使釜內(nèi)軌道間的表面有許多大小不一的鼓包呈零星分布，而其余的表面則不腐蝕或輕微腐蝕[8]。蝕孔口多數(shù)有較硬而脆的腐蝕產(chǎn)物覆蓋，形似田螺蓋，并帶螺旋狀，中間有一個小開口。造成點蝕必須同時具備以下三個條件：（1）鈍化膜（Fe2O3）被破壞；（2）有水分和空氣存在；（3）有腐蝕介質(zhì)存在。蒸壓釜的軌道間表面同時具備上述三個條件，所以產(chǎn)生點蝕是必然的。另外，每次在產(chǎn)品進出釜時，需用鋼絲繩或鐵鏈作牽引。由于鋼絲繩或鐵鏈在釜底部來回拖動摩擦，會破壞鈍化膜，而且操作工經(jīng)常在有料渣的釜內(nèi)行走，也容易破壞鈍化膜[7]。由于金屬材料及冷凝水的電化學(xué)性能不均一，釜底形成電化學(xué)腐蝕電池，溶解氧的陰極去極化作用使腐蝕過程加速。

電化學(xué)方程式：

陽極 Fe—→Fe2++2e-

陰極 2H2O+4e-+O2—→4OH-

總的電池反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

由于陰陽兩極反應(yīng)產(chǎn)物的擴散作用，導(dǎo)致難溶產(chǎn)物的形成：

1.2 NiTi合金涂層防腐原理

NiTi合金涂層耐腐蝕性能強，在強堿性條件下也不會發(fā)生腐蝕，并且能起到隔離效果，將蒸壓釜基底和腐蝕介質(zhì)（如水溶液、空氣）隔離開。當(dāng)涂層有孔隙或局部被損壞時，鋁合金層能充當(dāng)腐蝕電池中的陽極，鐵基底成為陰極，以犧牲陽極的方式達(dá)到保護鐵基底的目的，防止蒸壓釜釜底發(fā)生縫隙腐蝕產(chǎn)生蝕坑。同時，NiTi合金復(fù)合涂層的熱膨脹系數(shù)與鋼鐵相近，在溫度變化時其變形量與蒸壓釜相近，不會像其他有機涂層一樣出現(xiàn)鼓泡、脫落等現(xiàn)象。

2 涂層工藝

NiTi合金復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工藝流程控制如圖2所示。蒸壓釜內(nèi)壁上NiTi合金復(fù)合涂層的施工，其具體操作步驟如下。

圖1 NiTi合金復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)

圖2 NiTi合金復(fù)合涂層施工工藝流程

2.1 表面預(yù)處理

對蒸壓釜釜底內(nèi)壁腐蝕區(qū)（圖1中Ⅰ區(qū)域）進行表面預(yù)處理：先選用16~20號石英砂粗噴2遍，去除蒸壓釜內(nèi)壁表面的銹、氧化皮、蒸養(yǎng)殘留物，使其露出灰白色金屬光澤，直到基體表面清潔度達(dá)Sa3.0級以上；然后用14~16號棕剛玉進行表面粗糙化處理，使表面粗糙度達(dá)Rz=100~120 μm，用TR210便攜式表面粗糙度測試儀檢測處理后的基體表面，合格后再用MX-3超聲波測厚儀對蒸壓釜進行厚度測量。

2.2 噴涂NiTi合金

噴砂完工4 h后，按照GB 11375—1999《金屬和其他無機覆蓋層熱噴涂操作安全》對經(jīng)過預(yù)處理的表面噴涂NiTi合金。噴涂時NiTi合金與基底表面發(fā)生冶金結(jié)合，結(jié)合強度高。噴涂2層，每層厚度為0.1 mm，溫度控制在130~140℃范圍內(nèi)，采用井字形噴涂方式，分層、分塊作業(yè)。過渡區(qū)應(yīng)有明顯的標(biāo)記，每塊局部區(qū)域達(dá)到一定厚度后再移換到其他區(qū)域，確保涂層結(jié)合力及涂層厚度均勻，防止出現(xiàn)漏噴現(xiàn)象。

2.3 噴涂鋁合金

采用超音速電弧噴涂方法，將鋁合金涂層Ⅲ噴涂在NiTi合金涂層Ⅱ上，溫度控制在130～140℃范圍內(nèi)，涂層厚度為0.1 mm。

2.4 加熱鋁合金涂層

噴涂完畢后對釜底鋁合金涂層進行加熱，使鋁合金融化后擴散至NiTi合金涂層的微觀孔隙中，起到封閉作用，加熱溫度為450℃。

3 質(zhì)量控制

3.1 涂層質(zhì)量檢驗

噴涂完畢后，對涂層進行質(zhì)量檢驗，并測量其厚度，涂層厚度≥0.3 mm為合格，可進入下一道工序，否則需對不合格部位進行補噴涂。

3.2 涂層加熱封閉

對釜底鋁合金涂層Ⅲ進行加熱，使鋁合金融化后擴散至NiTi合金涂層Ⅱ的微觀孔隙Ⅳ中，起到封閉作用，加熱溫度為450℃。

涂層封閉的作用：一是阻止強堿性冷凝水通過涂層孔隙滲透到涂層內(nèi)部造成內(nèi)腐蝕；二是消除涂層孔隙Ⅳ處因下滑物的流向改變而形成的小渦流影響，防止局部發(fā)生較快的沖刷磨損。

3.3 噴涂前準(zhǔn)備

鋁合金噴涂前應(yīng)先在試板上試噴，調(diào)節(jié)電壓、電流、送絲速度、壓縮空氣流量，并檢查氣路的活接頭及軟管接頭，確保無漏氣現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)送絲不穩(wěn)、電弧不穩(wěn)定燃燒、嚴(yán)重漏氣等特殊現(xiàn)象，應(yīng)及時檢查并進行調(diào)整。

4 結(jié)論

采用NiTi合金與鋁合金復(fù)合噴涂的方法，處理蒸壓釜釜底腐蝕重災(zāi)區(qū)（蒸壓釜的軌道間表面和軌道支座焊接點），其工藝操作方便，能有效防止蒸壓釜在運行過程中發(fā)生縫隙腐蝕，最后的熱處理使整個涂層更加致密。該工藝降低了蒸壓釜的使用成本，提高了蒸壓釜的使用壽命，而且無污染、低能耗。

[1]李秦.蒸壓釜腐蝕問題探討 [J].甘肅科技，2005，21（12）： 136-137.

[2]秦屹.蒸壓釜的檢驗及缺陷修復(fù) [J].化學(xué)工程與裝備，2013（5）： 134-135， 140.

[3]史繼英，趙慶新.在用蒸壓釜腐蝕的原因及防治措施[J].邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2002，15（4）：68，74.

[4]夏妍，賈丙麗，翟永軍，等.NiTi合金復(fù)合涂層及其制備方法：201610008492.8[P].2016-05-04.

[5]夏妍，汪青，張義磊.NiTi合金復(fù)合涂層及涂覆NiTi合金復(fù)合涂層的防腐蒸壓釜：201620012033.2[P].2016-07-06.

[6]陳建新.蒸壓釜常見缺陷及原因分析 [J].裝備制造技術(shù)， 2012（3）： 153-154.

[7]黃偉建，劉學(xué)元，錢東良.蒸壓釜的腐蝕與防護 [J].化工管理， 2015（14）： 18.

[8]周迎義.蒸壓釜的工作特點及失效模式 [J].裝備制造技術(shù)， 2012（10）： 202-204.

Study on Failure Analysis and New Anticorrosion Technology for the Bottom of the Autoclave

Jia BingliWang Qing Liu Jianfeng Chen Zengjiang Xia Yan

Autoclave bottom corrosion mechanism is analyzed.A composite coating of NiTi alloy coated on the inner wall of autoclave and its construction method are presented.The process is easy to operate and free from pollution,and greatly improves the service life of the autoclave.

Autoclave;NiTi alloy;Composite coating;Aluminium alloy;Anticorrosion;Spray coating

TQ 050.9

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.013

*賈丙麗，女，1984年生，碩士，工程師。泰安市，271000。

2016-12-29）